研究人员展示了一种基于原子的传感器,它可以确定传入无线电信号的方向,这是潜在原子通信系统的另一个关键部分,该系统可能比传统技术更小,在嘈杂环境中工作得更好。

研究人员通过在这个充满铯原子气体的传感器的两个位置进行激光测量,来确定传入无线电信号的方向。(来源:NIST)

测量信号“到达角”的能力有助于确保雷达和无线通信的准确性,这需要从随机或故意的干扰中筛选出真实的信息和图像。一个真正的基于原子的通信系统将有利于5G和其他领域。

两种不同颜色的激光在一个小玻璃烧瓶或电池中制备气态铯原子,它们处于高能(里德伯)状态,具有新的特性,如对电磁场的极端敏感性。电场信号的频率会影响原子吸收的光的颜色。基于原子的“混频器”接收输入信号并将它们转换成不同的频率。一个信号作为参考,而第二个信号被转换或失谐到一个较低的频率。激光探测原子,以探测和测量两个信号之间的频率和相位差异。相位是指电磁波在时间上相对于彼此的位置。

混合器在原子蒸汽电池内部的两个不同位置测量失谐信号的相位。根据这两个位置的相位差,研究人员可以计算出信号到达的方向。为了演示这种方法,研究小组在不同的到达角度下,测量了蒸汽电池内两个位置的19.18千兆赫实验信号的相位差。他们将这些测量结果与模拟和理论模型进行比较,以验证新方法。

基于原子的传感器通常有许多可能的优点,包括测量高度精确和通用;也就是说,到处都是一样的,因为原子是一样的。以原子为基础的测量标准包括长度和时间。

随着进一步的发展,基于原子的无线电接收机可能比传统技术提供许多好处。例如,不需要传统的电子设备将信号转换成不同的频率来传递,因为原子会自动完成这项工作。天线和接收器的物理尺寸可以更小,微米级的尺寸。此外,基于原子的系统可能不太容易受到某些类型的干扰和噪声的影响。

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本文首次发表于2021年9月号yabovip16.com杂志。

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